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12 Statoren
Wie die Literaturübersicht in Abschnitt 7.1.3 zeigt, können bei der Applikation von nicht-achsensymmetrischer
Annuluskonturierung auf Axialverdichterstatoren signifikante Wirkungsgradsteigerungen
erzielt werden. Dies scheint allerdings nicht in jedem Fall, sondern nur unter
bestimmten Voraussetzungen möglich zu sein. Im vorliegenden Kapitel sollen diese Voraussetzungen
näher beleuchtet und einige Rückschlüsse auf die Anwendungsmöglichkeiten von
3D-Annuluskonturierung in modernen Flugtriebwerksverdichtern gezogen werden. Dazu wird
zunächst die im 1,5-stufigen Forschungsverdichter verbaute Konturierung vorgestellt, welche
ohne gleichzeitige Modifikation der Statorschaufel ausgeführt wurde. Darauf aufbauend wurde
eine Variante mit modifizierter Schaufelgeometrie erstellt, die in Abschnitt 12.1.2 diskutiert
wird. Schließlich soll noch eine Untersuchung am mehrstufigen Niedergeschwindigkeitsverdichter
behandelt werden, welche sich auf die Interaktion von Konturierung und Deckbandleckage
sowie auf Robustheitsaspekte konzentriert.
12.1 Naben- und Gehäusekonturierung bei einem Austrittsleitrad
Der Stator des 1,5-stufigen transsonischen Forschungsverdichters wurde mit nicht-achsensymmetrischer
Annuluskonturierung an Nabe und Gehäuse ausgestattet. Wie schon beim Rotor
geschah dies nach Abschluss der sonstigen Auslegung, so dass auch beim Stator von einer
Schaufelreihe ausgegangen werden konnte, welche repräsentativ für den aktuellen Stand der
Technik ist. In Analogie zu Kapitel 11 diente die Variante ohne Konturierung als Referenz. Die
zur Bewertung der Entwürfe herangezogenen Kriterien waren ebenfalls analog zu denen für die
Rotor-Nabenkonturierung. Die Konturierung des Stators erfolgte nach der des Rotors. Das für
den Auslegungsprozess genutzte CFD-Modell enthielt daher bereits den modifizierten Rotor mit
nicht-achsensymmetrischer Nabenkonturierung.
12.1.1 Anwendung ohne Schaufelmodifikation
Zur Auslegung der nicht-achsensymmetrischen Nabenkonturierung für den Stator des 1,5-
stufigen Forschungsverdichters wurde der in Abschnitt 8.4 beschriebene halbautomatische Prozess
verwendet. Die Evaluierung der einzelnen Entwürfe erfolgte bei Auslegungsdrehzahl und
zwei verschiedenen Drosselgraden: Dem als DP bezeichneten Auslegungspunkt und einem weiter
angedrosselten Betriebszustand, der als NS gekennzeichnet wird. Außer der Geometrie des
Annulus wurden keine weiteren Änderungen am Stator vorgenommen. Nabe und Gehäuse wurden
in aufeinander folgenden Schritten konturiert. Wie schon beim Rotor waren gesteigerter
Verdichterwirkungsgrad und reduzierter Totaldruckverlust des Stators Zielgrößen für die Auslegung
der Konturierung. Es wurde jedoch eine zusätzliche Randbedingung eingeführt: Der
maximale Betrag des Drallwinkels im Statoraustritt wurde begrenzt.
Im Gegensatz zum Rotor ist beim Stator keine starke Drosselgradabhängigkeit der Konturierungseinflüsse
zu verzeichnen. Varianten mit Verbesserungen im Auslegungspunkt zeigen diese
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